TÜKETİCİLERİN ENERJİ TÜKETİM KARAKTERİSTİKLERİNE BAĞLI OLARAK MEYDANA GELEN KAYIPLAR VE ALINABİLECEK ÖNLEMLER İLE ELDE EDİLECEK ENERJİ KAZANIMLARI Yrd.Doç.Dr.Ümit K.Terzi 1 Şevket Sargın 2 1 Marmara Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi, 2 M.Ü.,Fen Bilimleri Enstitüsü ÖZET İçinde yaşadığız dünyada ülkelerin gelişmişlik düzeyleri kullandıkları enerji ile doğru orantılıdır. Bu yüzden enerji, yaşamın vazgeçilmez bir unsurudur. Enerjinin de çeşitleri vardır. Fakat bu enerjiler içinde en yoğun olarak kullanılan enerji ise elektrik enerjisidir. Elektrik enerjisi diğer enerji kaynaklarının dönüşümünden elde edilen bir enerji çeşidi olduğundan, bu enerjinin yanlış ve verimsiz bir şekilde kullanımı diğer enerji kaynaklarını da etkilemektedir. İşte insan yaşamı için bu kadar büyük bir öneme sahip olan bu enerji çeşidini üretirken, iletirken, dağıtırken ve tüketirken yanlış ve verimsiz uygulamalar sonucunda kayıplar meydana gelmektedir. Bu kayıpların meydana gelmesindeki en büyük etkiye ise tüketiciler sahiptir. Elektrik enerjisi tüketiminde; verimsiz cihazların kullanımı, tüketicilerin enerji tüketim eğilimindeki çarpıklıklar ve gereksiz enerji israfı nedeniyle puant zamanlarda şebekeden çekilen enerji artmakta, bunun sonucunda şebeke dengesiz yüklenerek kayıpların artmasına neden olmaktadır. Ayrıca puant yükteki artış enerji talebini karşılamak için yeni santrallerin devreye girmesine neden olmakta ve sırf bu yüzden elektrik enerjisi sistemlerinin her aşamasında muazzam enerji kayıplarına sebep olarak milli kaynakların yok olmasına neden olmaktadır. Bu çalışmada DİE istatistikleri doğrultusunda, elektrik enerjisi kullanımındaki alışkanlıklar nedeniyle Tavşanlı da 2004-2005 döneminde meydana gelen kayıplar incelenerek, enerji tüketimlerindeki eğilimlerin değişmesi sonucu elde edilebilecek kazanımlar belirlenmiştir.
1.GİRİŞ Enerji türleri içerisinde elektrik enerjisinin maliyeti oldukça yüksektir. Bu nedenle elektriğin tüketimi konusuna önem vermek gerekir. Enerji maliyetlerinin ve enerjiye olan talebin artması, enerjiyi bilinçli kullanmayı zorunlu hale getirmiştir. Enerjiyi bilinçli kullanmadan kasıt, günlük yaşamın her alanında kullanılan ve elektrik ile çalışan tüm elemanların doğru seçilmesi gösterilebilir. Doğru seçimi yapılmamış ekonomik olmayan elemanlar şebekeden gereksiz yere fazla enerji talep etmekte ve buna bağlı olarak kayıpları arttırmaktadır. Elektrik enerjisi, günümüz koşullarında depo edilemez özelliğine sahip olduğundan dolayı üretildiği anda tüketilmek zorundadır. Diğer bir deyişle tüketicilerin ne kadar elektrik enerjisi talebi varsa, o talep anında karşılanmalıdır. Eğer bu denge sağlanamıyorsa, elektriğin arz ve talep frekansındaki değişim öngörülen sınırların dışına çıkarak yükselir veya düşer. Her iki durum da hem tüketiciler hem de elektrik şebekesi için istenmeyen sonuçlara yol açar [1]. Enerji talebi doğrultusunda ise tüketiciyi, tüketim yönünden kontrol etmek mümkün değildir. Kaba anlatımla kimin ne zaman ütü yapacağı, sanayide hangi fırının ne zaman devreye gireceği veya kimin hangi elektrikli ev aletini tercih edeceği yüzde yüz doğrulukla öngörülemez. Bu olgular bir gün için de böyledir, hatta haftanın günleri (tatil v.s.), yılın ayları ve mevsimlerinde de elektrik tüketimindeki eğilim veya olgular % 100 öngörülemeyecek şekilde değişken özellik gösterir. Ülkemizin bir günlük enerji talebi verilerine bakıldığında; bir günün 24 saatindeki saatlik tüketimler arasında (en az ve en çok olanı arasında) 3000 9000 MW fark olduğu görülür [1,2]. Bunun anlamı gün içerisinde bu kadar üretimi karşılayacak sayıda ünitenin çalıştırılıp tekrar durdurulmasıdır. Daha da önemlisi gün içerisinde elektrik tüketimi saat, dakika hatta saniyeler bazında değişiklik göstermektedir. İşte enerji tüketimindeki bu değişkenlik elektrik enerji sistemlerinde istenmeyen durumların oluşmasında en büyük etken olmakla birlikte şebekeden talep edilen gücün dolayısıyla puant yükün artmasına neden olmakta ve meydana gelen kayıp enerjinin de bir o kadar artmasını sağlamaktadır. Şekil 1 deki grafikte de görüldüğü gibi Türkiye nin 2004 yılı enerji tüketim istatistikleri incelendiğinde, halkımızın 2004 yılındaki enerji talepleri doğrultusunda sektörler bazında en çok enerji tüketimi sanayide gerçekleşmiştir [3].
MWh 127500000 120000000 112500000 105000000 97500000 90000000 82500000 75000000 67500000 60000000 52500000 45000000 37500000 30000000 22500000 15000000 7500000 0 TÜKETİM Türkiye Net Elektrik Tüketimi ABONE MESKEN TİCARET RESMİ DAİRE SANAYİ TARIMSAL SULAMA AYDINLATMA ÜCRETSİZ AYDINLATMA ÜCRETLİ DİĞER TOPLAM (Kaynak: TEDAŞ 2004 verileri) Şekil 1. Türkiye nin 2004 Yılı Sektörel Bazda Elektrik Enerjisi Tüketim Verileri Daha sonra meskenlerde, ticarethanelerde, resmi daire, tarımsal sulama ücretli ve ücretsiz aydınlatma olarak elektrik enerjisinin 2004 tüketim verileri sıralanmıştır. Ancak Şekil 2 deki grafikten de anlaşıldığı gibi incelenen bölge olan Tavşanlı için aynı olguları söylemek mümkün değildir. Çünkü Tavşanlı bölgesinin sanayisi fazla gelişmiş olmadığından 2004 2005 yılları arasında enerji tüketimi Türkiye nin enerji tüketiminin tam tersi eğilim olarak gerçekleşmiştir [4]. Buna göre Tavşanlı nın 2004 yılı elektrik enerjisi tüketime bakıldığında, ilk sırayı meskenler almaktadır. Daha sonra enerji kullanımı açısından ticarethaneler, sanayi, ücretsiz aydınlatma ve diğer tüketimler olarak sıralanmaktadır. Tavşanlı Net Elektrik Tüketimi (KWh) (KWh) 27 000 000 24 500 000 22 000 000 19 500 000 17 000 000 14 500 000 12 000 000 9 500 000 7 000 000 4 500 000 2 000 000-500 000 MESKEN TİCARET RESMİ DAİRE SANAYİ TARIMSAL SULAMA AYDINLATMA ÜCRETSİZ BEDELSİZ KULLANIM DİĞER Abone grupları TÜKETİM ABONE (Kaynak : Kütahya TEDAŞ 2004 verileri) Şekil 2. Tavşanlı nın 2004 Yılı Sektörel Bazda Elektrik Enerjisi Tüketim Verileri
Tavşanlı nın enerji tüketimini sektörel bazda belirledikten sonra önemli olan diğer sorun ise enerji tüketim eğilimlerinin belirlenmesidir. DİE nin 1998 yılında tüm Türkiye yi kapsayan konutların enerji tüketim karakteristikleri anketinin sonuçlarını [1,5] Tavşanlı nın mevcut yapısına uyguladığımızda ise şu sonuçları elde ederiz: 1. DİE nin yaptığı tahmini elektriksel ev aletleri sayıları anketi sonuçlarının Tavşanlının mevcut hane verilerine uygulanmasıyla Tablo 1 deki veriler elde edilmiştir. Tablo 1. Tavşanlı da Tahmini Elektrikli Ev Aletlerinin Sayısı 2. Tavşanlı da hane aydınlatması için DİE anketinden hareketle %65 inde ampul, %35 inde fluoresant lamba kullanılmakta olup, her hanede ortalama 6 ampul ve 2 fluoresant lamba bulunduğu kabul edilmiştir [5]. 3. 2004 yılı verilerinden yola çıkarak tüketilen toplam enerjinin %78,8 inin meskenler ve bakkal ve mağaza gibi ticarethanelerde tüketildiği ve bu enerji tüketiminin de %30 unun aydınlatma, %70 inin ise elektrikli ev aletlerinin kullanımından kaynaklandığı varsayılmıştır. Diğer sektör tüketimleri göz ardı edilerek bu oranların puantı da aynı şekilde etkilediği kabul edilmiştir [1,4,5]. 4. Mesken aboneleri, puant döneminde ortalama günlük tüketimlerinin %49 unu, gece saatlerinde %21 ini ve gündüz saatlerinde ise %30 unu tükettikleri kabul edilmiştir [1]. Yukarıda verilen maddeler göz önüne alınarak, Tavşanlı enerji iletim ve dağıtım sisteminde meydana gelen kayıplar, sadece mesken ve ticarethanelerin tüketim değerleri göz önüne alınarak, puant yük anında şebekeden çekilen güce göre hesaplanmış, hesaplamalar yapılırken yüklenme faktörüne bağlı olarak bulunan kayıp faktörü de dahil edilmiştir [6]. Ayrıca puant yükün değişiminin kayıplara etkisi değişik oranlara göre incelenerek serbest yazılım olan PSAT ile elde edilen verilerle karşılaştırılmıştır [7,8].
2.ENERJİ TÜKETİMİ EĞİLİMİNE BAĞLI OLARAK TAVŞANLI ENERJİ İLETİM VE DAĞITIM SİSTEMİNDE MEYDANA GELEN KAYIPLAR Tavşanlı enerji iletim ve dağıtım sisteminde meydana gelen teknik kayıplar mesken ve ticarethanelerin tüketimlerine göre mesken ve ticarethanelerin yalnız 34,5 KV luk şebekeden beslendiği kabulü ve OG / OG dönüşüm transformatörlerinin yalnız sanayi beslemesi için kullanıldığı düşünülerek; Alt İletim Hattı Kayıpları, OG Fider Kayıpları, OG / AG Transformatör Dönüşüm Kayıpları, AG Fider Kayıpları olarak hesaplanmıştır [9]. Enerji tüketiminin dağılımı da; 1. Puant anında kullanılan enerji; 15.891. 154 KWh, 2. Gece saatlerinde kullanılan enerji; 6.810. 494 KWh, 3. Gündüz saatlerinde kullanılan enerji; 9.729. 278 KWh şeklinde belirlenerek, puant anında talep edilen güç P p = 4266, 66 KW olarak bulunmuş, şebeke güç katsayısı da Cos θ = 0, 85 olarak kabul edilmiştir[1,4]. Bütün kayıp hesapları puant yükten hareketle yapılmış ve yüklenme faktörüne bağlı olarak hesaplanan kayıp faktörü de dahil edilmiştir [6]. Tüm bu veriler göz önüne alındığında meydana gelen yıllık kayıp enerjiler aşağıdaki Tablo 2 de verildiği gibi bulunmuştur. Tablo 2. Tavşanlı Enerji Sisteminde Puant Anında Şebekeden Çekilen Yüke Göre Hesaplanan Kayıp Değerleri 3.ENERJİ TÜKETİM EĞİLİMİNİN DEĞİŞMESİNİN KAYIPLARA ETKİSİ 3.1. Puant Yükün Gün İçindeki Dağılımının Değişmesinin Kayıplara Etkisi Tüketicilerin şebekeden belli zaman dilimlerinde talep ettikleri veya kullandıkları enerji, tüketim eğilimlerini belirtir. Bu bağlamda mesken ve ticarethane abonelerini bilinçlendirme ve cazip tarife sistemleri uygulayarak puant zamanlarda talep ettikleri ve kullandıkları enerjinin gün içindeki oransal dağılımının
değiştirilmesiyle sistemde meydana gelen kayıplardaki değişim ise üç durum için şöyle gerçekleşmiştir: 1. Puant döneminde ortalama günlük tüketimlerinin %40 ını, gece saatlerinde %25 ini ve gündüz saatlerinde ise %35 ini tükettikleri varsayılarak hesaplanan kayıp değerleri Tablo 3 deki gibi bulunmuştur[1]. Tablo 3. Durum 1 için Tavşanlı Enerji Sisteminde Puant Anında Şebekeden Çekilen Yüke Göre Hesaplanan Kayıp Değerleri 2. Puant döneminde ortalama günlük tüketimlerinin %30 unu, gece saatlerinde %40 ını ve gündüz saatlerinde ise %30 unu tükettikleri varsayılarak hesaplanan kayıp değerleri Tablo 4 daki gibi bulunmuştur[1]. Tablo 4. Durum 2 için Tavşanlı Enerji Sisteminde Puant Anında Şebekeden Çekilen Yüke Göre Hesaplanan Kayıp Değerleri 3. Puant döneminde ortalama günlük tüketimlerinin %25 ini, gece saatlerinde %50 sini ve gündüz saatlerinde ise %25 ini tükettikleri varsayılarak hesaplanan kayıp değerleri Tablo 5 deki gibi bulunmuştur[1]. Tablo 5. Durum 3 için Tavşanlı Enerji Sisteminde Puant Anında Şebekeden Çekilen Yüke GöreHesaplanan Kayıp Değerleri
Hesaplama sonuçlarına dikkat edilecek olursa meydana gelen kayıplardan önemli kazanımlar sağlamak mümkündür. OG / AG Transformatör dönüşümünden kaynaklanan kayıplarda azalmanın pek görülmemesi sadece Tavşanlı şebekesiyle alakalı olan bir olgudur. Çünkü Tavşanlı şebekesinde çok sayıda dönüşüm transformatörü bulunup bu transformatörlerde meydana gelen boş çalışma kayıpları sabittir ve yıllık değeri 1.259.576, 8 KWh dir. Tablolar analiz edildiğinde puant anında şebekeden çekilen yüklerin oranları ilk durum için hesaplanan değerden üçüncü duruma getirildiğinde yaklaşık 3156 KW lık bir fark oluşacak ve bu değerde bir korunum sağlanacaktır. Ayrıca puant anında şebekeden çekilen akım azalacağından akıma bağlı olarak azalma görülecektir. meydana gelen kayıplar da incelendiğinde ilk duruma göre 3.2.Verimli Lamba ve Elektrikli Aletlerin Kullanılmasının Kayıplara Etkisi Tavşanlı nın enerji kullanım istatistiklerinden hareketle kullanılan enerjinin %30 unun aydınlatma, %70 inin ise elektrikli ev aletlerinin çalışması için harcandığı kabul edilerek verimli elektrikli ev aletleri ve lamba kullanımı sonucunda şebekede oluşan kayıplar, puant döneminde ortalama günlük tüketimlerinin %49 unu, gece saatlerinde %21 ini ve gündüz saatlerinde ise %30 unu tükettikleri [1] durumundan yola çıkılarak hesaplanmış ve hesapların yapılmasında şu durumlar göz önüne alınmıştır: Aydınlatma için kullanılan enerji ; 9.729. 278 KWh, Elektrikli ev aletlerinin çalışması için kullanılan enerji ; 22.701. 648 KWh, olmak üzere;[4,5] Verimli ampul değişimi sonucunda %30 üzerinden %15 lik bir tasarruf sağlanması, Elektrikli ev aletlerinin seçiminde verimli ev aletlerinin tercih edilmesi sonucunda %70 üzerinden %20 lik bir tasarruf sağlanması. İncelenen bu durumlara göre Tavşanlı için hesaplanan yıllık kayıp enerji, Tablo 6. daki gibi bulunmuştur.
Tablo 6. Verimli Lamba ve Elektrikli Aletlerin Kullanılması Durumunda Tavşanlı Enerji Sisteminde Puant Anında Şebekeden Çekilen Yüke Göre Hesaplanan Kayıp Değerleri Tablo 6 incelendiğinde, hesaplanan kayıp değerlerinin Tablo 2 de verilen ilk duruma göre, verimli elektrikli ev aletleri ve lamba kullanımı sonucunda 1 yıllık süre zarfında tüketilen elektrik enerjisinde azalma sağlanmış ve buna bağlı olarak şebekede meydana gelen kayıplardan önemli kazanımlar elde edildiği sonucuna varılmıştır. Verimli elektrikli ev aletleri ve lamba değişiminin yanı sıra tüketicilerin enerji kullanma eğiliminin de, puant döneminde ortalama günlük tüketimlerinin %25 ini, gece saatlerinde %50 sini ve gündüz saatlerinde ise %25 ini tükettikleri durumu göz önüne alındığında meydana gelen kayıp değerleri Tablo 7 de görüldüğü gibi hesaplanmıştır. Tablo 7. Tüketicilerin Enerji Kullanma Eğilimine Göre Tavşanlı Enerji Sisteminde Puant Anında Şebekeden Çekilen Yüke Göre Hesaplanan Kayıp Değerleri Elde edilen verilere dikkat edilecek olursa; tüketicilerin enerji tüketim eğilimlerinin değişmesinin yanında verimli elektrikli ev aletleri ve lamba kullanımları hem tüketilen elektrik enerjisinden, hem de kayıplardan kazanç sağlamamıza neden olmaktadır. Ayrıca bu durum aşağıdaki Şekil 3 den de açıkça görülmektedir.
(KWh) 1.420.000 1.375.000 1.330.000 1.285.000 1.240.000 1.195.000 1.150.000 1.105.000 1.060.000 1.015.000 970.000 925.000 880.000 835.000 790.000 745.000 700.000 655.000 610.000 565.000 520.000 475.000 430.000 385.000 340.000 295.000 250.000 205.000 160.000 115.000 70.000 25.000-20.000-65.000-110.000-155.000-200.000 Değişik Durumlara Göre Hesaplanan Kayıp Değerleri 1.341.331,34 1.000.275,75 1.284.763,77 305.908,75 1.313.557,82 664.417,78 1.296.890,31 460.548,89 1.298.896,75 507.571,99 1.299.732,96 584.171,40 74.591,51 13.130,61 8.939,70 49.545,55 5.937,96 28.625,66 301,317 174,354 152,941 138,815 200,263 92,174 Tablo 4 Tablo 5 Tablo 6 Tablo 7 Tablo 8 Tablo 9 T. İletim Sistemi OG Fiderleri AG Fiderleri OG / AG Tarns. Dönüş. il 3.Enerji tüketim eğilimlerine bağlı olarak meydana gelen kayıplar Şek 3.3. PSAT İle Yapılan Analiz ve Sonuçları PSAT programı ile yapılan analiz için Tavşanlı enerji iletim ve dağıtım sisteminin MATLAB modeli oluşturularak; Durum A: Puant döneminde ortalama günlük tüketimlerinin %49 unu, gece saatlerinde %21 ini ve gündüz saatlerinde ise %30 unu tükettikleri, Durum B: Puant döneminde ortalama günlük tüketimlerinin %40 ını, gece saatlerinde %25 ini ve gündüz saatlerinde ise %35 ini tükettikleri, Durum C: Puant döneminde ortalama günlük tüketimlerinin %30 unu, gece saatlerinde %40 ını ve gündüz saatlerinde ise %30 unu tükettikleri, Durum D: Puant döneminde ortalama günlük tüketimlerinin %25 ini, gece saatlerinde %50 sini ve gündüz saatlerinde ise %25 ini tükettikleri, kabul edilerek yukarıdaki her bir durum için güç akışı uygulanarak elde edilen değerler Tablo 8 de gösterilmiştir.(transformatör kayıpları devre dışı bırakılmıştır.)
Tablo 8. Tavşanlı Enerji Sisteminde Puant Anında Şebekeden Çekilen Yüke Göre PSAT Analiz Programı İle Yapılan Güç Akışında Elde Edilen Kayıp Değerleri Tablo incelenecek olursa tüketicilerin puant anlarındaki tüketim karakteristikleri değişecek olursa kayıplardan sağlanacak azalma PSAT analiz programıyla elde edilen verilerden de kolayca görülebilmektedir. 4.SONUÇLAR Bu çalışmamızda yaptığımız hesaplamalar göstermektedir ki tüketicilerin puant zamanlarda talep ettikleri enerji düşürülüp, bu enerji tüketiminin günün sair zamanlarında kullanılmasını sağlamak hem puant anlarda devreye girecek olan santrallerden kazanç sağlamamıza hem de şebekede akıma bağlı olarak meydana gelen kayıpların azalmasına neden olacaktır. Ayrıca buna bir de verimli elektrikli ev aletleri ve lamba kullanımları eklenirse sayılan kazançların yanında tüketilen elektrik enerjisinden de tasarruf sağlanacaktır. Bunu sağlamanın yolu ise biz tüketicilere ve enerji dağıtım şirketlerine düşmektedir. Bu bağlamda üreticileri daha az enerji tüketen elektrikli ev aletleri yapmaları konusunda devlet olarak teşvik etmeli, tüketicileri ise bu aletlerin kullanılması konusunda bilinçlendirmelidir. Elektrik dağıtım şirketleri ise puant tarife sistemi uygulayarak tüketicileri cazip fiyat seçenekleriyle ödüllendirmelidir. Bu sayede israf edilen ve yok olan enerji geri kazanılabilir. KAYNAKLAR [1] D.P.T., Elektrik Enerjisi Özel İhtisas Komisyonu Raporu 8. Beş Yıllık Kalkınma Planı D.P.T., ANKARA 2001 [2] www.teiaş.gov.tr, 2004 Yılı Enerji İletim İstatistikleri, (Erişim Tarihi: Aralık 2005) [3] www.tedaş.gov.tr, 2004 Yılı Enerji Dağıtım İstatistikleri, (Erişim Tarihi: Aralık 2005) [4] TAVŞANLI TEDAŞ ve TEİAŞ., 2004 Yılı Elektrik İletim ve Tüketim Verileri Kütahya TEDAŞ Müessese Müdürlüğü, KÜTAHYA 2005
[5] www.die.gov.tr, (Erişim Tarihi: Kasım 2005) [6]ÇAKIR, H., Elektrik Şebeke Kayıpları, 2. Baskı, Birsen Yayınevi, İSTANBUL 1995 [7] WEHBE, A.: Minimizin Power Systems Distribution Losses Using Direct Load Control, PhD Thesis, University of North Dakota, North Dakota, 2001 [8]http://www.power.uwaterloo.ca, Serbest Yazılım PSAT, (Erişim Tarihi: Aralık 2005 ) [9]ÖZAY, N.; GÜVEN, N.; TUNALI, E.: Elektrik Dağıtım Sistemlerinde Kayıpların İrdelenmesi Elektrik Mühendisliği 6. Ulusal Kongresi, BURSA 1995